Показатель преломления (коэффициент преломления). РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Показатель преломления (коэффициент преломления) - оптич. характеристика среды, связанная с преломлением света на границе раздела двух прозрачных оптически однородных и изотропных сред при переходе его из одной среды в другую и обусловленная различием фазовых скоростей распространения света

в средах. Величина П. п., равная отношению этих скоростей

наз. относительным

Показатель преломления этих сред. Если свет падает на вторую пли первую среду из вакуума (где скорость распространения света с), то величины

наз. абсолютными П. п. данных сред. При этом

а закон преломления может быть записан в виде

где

- углы падения и преломления.

Величина абсолютного П. п. зависит от природы и строения вещества, его агрегатного состояния, температуры, давления и др. При больших интенсивностях П. п. зависит от интенсивности света (см. Нелинейная оптика). У ряда веществ П. п. изменяется под действием внеш. электрич. поля (Керра эффект - в жидкостях и газах; электрооптич. Поккельса эффект - в кристаллах).

Для данной среды П. п. зависит от длины волны света l, причём в области полос поглощения эта зависимость носит аномальный характер (см. Дисперсия света ).В рентг. области П. п. практически для всех сред близок к 1, в видимой области для жидкостей и твёрдых тел - порядка 1,5; в ИК-области для ряда прозрачных сред

4,0 (для Ge).

Анизотропные среды характеризуются двумя П. п.: обыкновенным

(аналогично изотропным средам) и

- необыкновенным, величина к-рого зависит от угла падения луча и, следовательно, направления распространения света в среде (см. Кристаллооптика ).Для сред, обладающих поглощением (в частности, для металлов), П. п. является комплексной величиной и может быть представлен в виде

где га - обычный П. п.,

- показатель поглощения (см. Поглощение света, Металлооптика).

П. п. является макроскопич. характеристикой среды и связан с её диэлектрической проницаемостью

н магн. проницаемостью

Классич. электронная теория (см. Дисперсия света)позволяет связать величину П. п. с микроскопич. характеристиками среды - электронной поляризуемостью атома (или молекулы)

зависящей от природы атомов и частоты света, и плотностью среды:

где N - число атомов в единице объёма. Действующее на атом (молекулу) электрич. поле

световой волны вызывает смещение оптич. электрона из положения равновесия; атом приобретает индуциров. дипольный момент

изменяющийся во времени с частотой падающего света, и является источником вторичных когерентных волн, к-рые. интерферируя с падающей на среду волной, образуют результирующую световую волну, распространяющуюся в среде с фазовой скоростью

и потому

Интенсивность обычных (не лазерных) источников света относительно невелика, напряжённость электрич. поля

световой волны, действующего на атом, много меньше внутриатомных электрич. полей, и электрон в атоме можно рассматривать как гармонич. осциллятор. В этом приближении величина

и П. п.

являются величинами постоянными (на данной частоте), не зависящими от интенсивности света. В интенсивных световых потоках, создаваемых мощными лазерами, величина электрич. поля световой волны может быть соизмерима с внутриатомными элект-рич. полями и модель гармония, осциллятора оказывается неприемлемой. Учёт ангармоничности сил в системе электрон - атом приводит к зависимости поляризуемости атома

а следовательно и П. п., от интенсивности света. Связь межу

оказывается нелинейной; П. п. может быть представлен в виде

где

- П. п. при малых интенсивностях света;

(обычно принятое обозначение) - нелинейная добавка к П. п., или коэф. нелинейности. П. п.

зависит от природы среды, напр. для силикатных стёкол

На П. п. влияет высокая интенсивность ещё и в результате эффекта электрострикции, изменяющего плотность среды, высокочастотного эффекта Керра для анизотропных молекул (в жидкости), а также в результате повышения температуры, вызванного поглощением излучения. Все эти эффекты прямо пропорциональны интенсивности света

и дают вклад в величину

П. п. фоторефрактивных кристаллов (напр.,

также зависит от интенсивности света в результате возникновения и пространственного перераспределения в кристалле электрич. зарядов; причём изменение П. п. сохраняется довольно долго и после прекращения засветки.

П. п. как оптич. характеристика среды в линейной оптике часто используется при физ--хим. анализах. П. п. к--л. вещества обычно измеряется по отношению к воздуху для l = 589-589,6 нм (жёлтый дублет линии натрия), при f = 20

, атм. давлении и обозначается

Для твёрдых тел величина

изменяется в пределах от 1,3 до 4,0, для жидкостей - от 1,2 до 1,9, для газов (при нормальных условиях) - от 1,000035 (Не) до 1,000702 (Хе), для воздуха

= 1,00029. Измерение

производится с помощью рефрактометров.

Литература по показателям преломления (коэффициентам преломления)

Знаете ли Вы, что такое "усталость света"?
Усталость света, анг. tired light - это явление потери энергии квантом электромагнитного излучения при прохождении космических расстояний, то же самое, что эффект красного смещения спектра далеких галактик, обнаруженный Эдвином Хабблом в 1926 г.
На самом деле кванты света, проходя миллиарды световых лет, отдают свою энергию эфиру, "пустому пространству", так как он является реальной физической средой - носителем электромагнитных колебаний с ненулевой вязкостью или трением, и, следовательно, колебания в этой среде должны затухать с расходом энергии на трение. Трение это чрезвычайно мало, а потому эффект "старения света" или "красное смещение Хаббла" обнаруживается лишь на межгалактических расстояниях.
Таким образом, свет далеких звезд не суммируется со светом ближних. Далекие звезды становятся красными, а совсем далекие уходят в радиодиапазон и перестают быть видимыми вообще. Это реально наблюдаемое явление астрономии глубокого космоса. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.